(57)【要約】【課題】全反射吸収分光法によるより小型な分析システムが構築できるようにする。【解決手段】モードフィールドサイズ変換領域１２０に続いて検出領域１３０が設けられ、検出領域１３０には、シリコン細線コア１０５からなる導波路が構成されている。シリコン細線コア１０５の上面には、膜厚２０〜３０ｎｍ程度の薄い酸化シリコン膜１０６が形成されている。シリコン細線コア１０５は、断面の寸法が幅５００ｎｍ，高さ１５０ｎｍとなっている。シリコン細線コア１０５は、検出領域１３０において、ＳＯＩ基板の埋め込み酸化層１１２の上に配置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部クラッド層と、
シリコンを含む材料からなり、前記下部クラッド層の上に形成されて前記下部クラッド層の平面方向の幅が前記下部クラッド層の平面の法線方向の高さより大きいコアと、
前記下部クラッド層と前記コアとから構成された導波路の光入射端と、
前記導波路の光出射端と
を少なくとも備え、
前記導波路は、シングルモード導波路であり、
前記コアの一部で検出領域が構成される
ことを特徴とする光導波路型センサ。
【請求項２】
請求項１記載の光導波路型センサにおいて、
前記コアの高さは、前記コアの幅の１／５より大きい
ことを特徴とする光導波路型センサ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光導波路型センサにおいて、
前記検出領域の前記コアの表面に形成された前記コアを伝搬する光の波長より薄い酸化シリコン膜を備える
ことを特徴とする光導波路型センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光導波路型センサにおいて、
前記光入射端に連続して配置されて入射する光の径を小さくする第１モードフィールド変換部と、
前記光出射端に連続して配置されて前記光出射端より出射された光の径を大きくする第２モードフィールド変換部と
を少なくとも備えたことを特徴とする光導波路型センサ。
【請求項５】
請求項４記載の光導波路型センサにおいて、
前記第１及び第２モードフィールド変換部は、
前記コアを覆うスポットサイズ変換コアと、
前記スポットサイズ変換コアを覆う上部クラッド層
とから構成され、
前記スポットサイズ変換コアに覆われた領域において、前記コアは、端部に近いほど幅が狭く形成され、
前記スポットサイズ変換コアの屈折率は、前記コアより小さく前記上部クラッド層より大きい
ことを特徴とする光導波路型センサ。
【請求項６】
下部クラッド層の上にシリコンを含む材料からなり、前記下部クラッド層の平面方向の幅が前記下部クラッド層の平面の法線方向の高さより大きいコアが形成された状態とする工程と、
前記コアの一部で検出領域が形成された状態とする工程と、
前記下部クラッド層と前記コアとから構成された導波路の光入出射端にモードフィールド変換部が形成された状態とする工程と
を少なくとも含むことを特徴とする光導波路型センサの製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の光導波路型センサの製造方法において、
前記コアの光入出射端の部分を選択的に覆うように酸窒化シリコンからなるスポットサイズ変換コアが形成された状態とする工程と、
前記コアの光入出射端の部分と前記スポットサイズ変換コアとを選択的に覆うように上部クラッドを形成し、前記モードフィールド変換部が形成された状態とするする工程と
を備えることを特徴とする光導波路型センサの製造方法。
【請求項８】
請求項６記載の光導波路型センサの製造方法において、
前記下部クラッド層の上に設けられたシリコンを含む材料からなる膜を、酸化シリコンからなるマスクを用いた選択的なエッチングにより加工して前記コアが形成された状態とする工程
を含むことを特徴とする光導波路型センサの製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の光導波路型センサの製造方法において、
前記下部クラッド層の上に設けられたシリコンを含む材料からなる膜を、酸化シリコンからなるマスクを用いた選択的なエッチングにより加工し、前記コアが形成された状態とすると共に、前記コアの上面に前記マスクよりなる前記コアを伝搬する光の波長より薄い酸化シリコン膜が形成された状態とする工程
を含むことを特徴とする光導波路型センサの製造方法。
【請求項１０】
請求項６記載の光導波路型センサの製造方法において、
前記コアの表面に熱酸化法により前記コアを伝搬する光の波長より薄い酸化シリコン膜が形成された状態とする工程
を備えることを特徴とする光導波路型センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈折率の異なる界面で光が全反射するときにしみ出す光を利用して分光分析を行う光導波路型センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶などで構成された薄膜などの構造体の中を伝搬する光は、構造体の外部との界面で全反射を繰り返しながら進行していく。界面で全反射をするとき、伝搬する光は屈折率の小さい外部側に波長程度の距離の範囲でしみ出す。このしみ出しは、エバネッセント波と呼ばれ、構造体に接している物質により吸収されるため、構造体を伝搬している光の強度変化から、構造体に接している物質の検出や同定などが可能となる。上述したエバネッセント波の原理を利用した分析法は、全反射吸収分光法（ＡＴＲ：Attenuated Total Reflection法）と呼ばれ、溶液や表面吸着物の化学組成分析に利用されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
主に、ＡＴＲ法では、空気に比べ屈折率が大きい半導体の結晶からなる導波路層の両端を斜めに加工し、斜めに加工した端部から光を導入し、導波路層の表面に触れている物質の分析を行うのが一般的な方法である。
ＡＴＲ法をセンサに応用したものとして、基板の上に光導波路層を形成して光を通し、光導波路層の上面に接する物質を、エバネッセント波を利用して検出する平面光導波路型センサが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
図７は、平面導波路型センサの基本的な構成例を示す構成図であり、平面導波路型センサは、ガラスや石英などからなる基板７０１と、基板７０１の上に形成された光導波路層７０２と、グレーティング７０３，７０４と、レーザ光原７０５と、光検出部７０６とを備えている。光導波路層７０２は、基板７０１よりも屈折率が大きい窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの材料から構成されている。
【０００５】
図７のように構成されるセンサは、レーザ光原７０５から出た光を一定の角度でグレーティング７０３に入射させることで光導波路層７０２に導入し、基板７０１の表面に接して配置された試料７０７に側にしみ出す光を試料７０７に吸収させる。光導波路層７０２内を反射して伝搬する光は、グレーティング７０４により光導波路層７０２から出射する。出射した光は、光検出部７０６により強度が測定される。光検出部７０６により測定された出射光の強度により、試料７０７による光吸収の量が判り、光吸収の量から試料７０７の濃度が測定できる。図７に示すセンサは、試料溶液中のグルコースの検出などに利用される。
【０００６】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開平９−０６１３４６号公報
【非特許文献１】実用分光法シリーズ（４）分光学の医学応用，１９９９年９月３０日発行、（株）アイピーシー
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図７に示した従来のセンサでは、検出感度を向上させるためには、エバネッセント光がしみ出す領域をより広く（長く）し、試料がより多くのエバネッセント光を吸収できるようにする必要がある。このため、平面光導波路に光を伝搬させる場合、感度を向上させるためには、非常に大きな形状とする必要があり、図７に示すセンサでは、小型化が困難であった。また、光導波路層に光を結合するためにグレーティングを用いる方法は、光軸合わせが難しく、また入出力の効率が悪いという問題もあった。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、全反射吸収分光法によるより小型な分析システムが構築できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る光導波路型センサは、下部クラッド層と、シリコンを含む材料からなり、下部クラッド層の上に形成されて下部クラッド層の平面方向の幅が下部クラッド層の平面の法線方向の高さより大きいコアと、下部クラッド層とコアとから構成された導波路の光入射端と、導波路の光出射端とを少なくとも備え、導波路は、シングルモード導波路であり、コアの一部で検出領域が構成されるようにしたものである。
このセンサは、コアからしみ出した光が、検出領域でコアの上に配置された分析対象物により吸収されることを利用したものである。
【００１０】
上記光導波路型センサにおいて、コアの高さは、コアの幅の１／５より大きい状態であれば、コアの曲げ半径があまり大きくならない。
また、検出領域のコアの表面に形成された酸化シリコン膜を備えるようにしてもよい。
【００１１】
また、上記光導波路型センサにおいて、光入射端に連続して配置されて入射する光の径を小さくする第１モードフィールド変換部と、光出射端に連続して配置されて光出射端より出射された光の径を大きくする第２モードフィールド変換部とを備えるようにしてもよい。また、第１及び第２モードフィールド変換部は、コアを覆うスポットサイズ変換コアと、スポットサイズ変換コアを覆う上部クラッド層とから構成され、スポットサイズ変換コアに覆われた領域において、コアは、端部に近いほど幅が狭く形成され、スポットサイズ変換コアの屈折率は、コアより小さく上部クラッド層より大きいものである。
【００１２】
本発明に係る光導波路型センサの製造方法は、下部クラッド層の上にシリコンを含む材料からなり、下部クラッド層の平面方向の幅が下部クラッド層の平面の法線方向の高さより大きいコアが形成された状態とする工程と、コアの一部で検出領域が形成された状態とする工程と、下部クラッド層とコアとから構成された導波路の光入出射端にモードフィールド変換部が形成された状態とする工程とを少なくとも含む。
【００１３】
上記製造方法において、コアの光入出射端の部分を選択的に覆うように酸窒化シリコンからなるスポットサイズ変換コアが形成された状態とする工程と、コアの光入出射端の部分とスポットサイズ変換コアとを選択的に覆うように上部クラッドを形成し、モードフィールド変換部が形成された状態とするする工程とを備えるようにしてもよい。
【００１４】
また、上記製造方法において、下部クラッド層の上に設けられたシリコンを含む材料からなる膜を、酸化シリコンからなるマスクを用いた選択的なエッチングにより加工してコアが形成された状態としてもよい。また、下部クラッド層の上に設けられたシリコンを含む材料からなる膜を、酸化シリコンからなるマスクを用いた選択的なエッチングにより加工し、コアが形成された状態とすると共に、コアの上面にマスクよりなるコアを伝搬する光の波長より薄い酸化シリコン膜が形成された状態としてもよい。また、コアの表面に熱酸化法によりコアを伝搬する光の波長より薄い酸化シリコン膜が形成された状態としてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明では、下部クラッド層の上にシリコンを含む材料からなる幅広なコアを形成し、幅広な形状としたコアよりシングルモード導波路を構成し、これらの一部において検出領域を構成し、検出領域の上に分析対象物を配置させることで、分析対象物における赤外線の吸収などを検出する分光法による分析を可能とした。従って、本発明によれば、従来のＡＴＲ法における結晶プリズムに代えて、シングルモード導波路を用いることによって、分析システムの小型化を図ることができる。
【００１６】
また、小さな曲げ半径で導波方向が変更できる導波路で検出領域が構成できるので、感度を向上させることができるだけの長い導波路を小さな検出領域に配置できるようになる。加えて、コアを幅広としたので、コアの上面方向にしみ出す光の量が増加する。このように、本発明によれば、感度を低下させることが無く、より小型な分析システムが構築できるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における光導波路型センサの構成例を示す平面図である。
このセンサの構成について説明すると、まず、入射側の光ファイバー２００の端部が固定されるＶ字状の溝１０１、出射側の光ファイバー３００の端部が固定されるＶ字状の溝１０２が設けられている。溝１０１，１０２は、一般に市販されているＳＯＩ基板の基板部１１１に形成されている。
【００１８】
これら溝１０１，１０２に続いてモードフィールドサイズ変換領域（モードフィールド変換部）１２０が配置され、モードフィールドサイズ変換領域１２０には、入射側に配置されたスポットサイズ変換コア１０３と、出射側に配置されたスポットサイズ変換コア１０４とを備えている。スポットサイズ変換コア１０３，１０４は、例えば、シリコン酸窒化物から構成され、断面の形状は一辺が３〜７μｍ程度の矩形である。スポットサイズ変換コア１０３には、光ファイバー２００の光ファイバーコア２０１が接続し、スポットサイズ変換コア１０４には、光ファイバー３００の光ファイバーコア３０１が接続している。
【００１９】
モードフィールドサイズ変換領域１２０に続いて検出領域１３０が設けられ、検出領域１３０には、シリコン細線コア１０５からなる導波路が構成されている。シリコン細線コア１０５の上面には、膜厚２０〜３０ｎｍ程度の薄い酸化シリコン膜１０６が形成されている。酸化シリコン膜１０６は、シリコン細線コア１０５の側面に形成されていてもよい。酸化シリコン膜１０６は、シリコン細線コア１０５よりなる導波路を導波する光の波長より薄ければ、エバネッセント光を利用した分析が可能である。なお、酸化シリコン膜１０６は、必ず必要なものではない。また、窒化シリコンからコアを構成してもよい。
【００２０】
シリコン細線コア１０５は、断面の寸法が幅５００ｎｍ，高さ１５０ｎｍとなっている。図２の断面図に示すように、シリコン細線コア１０５は、検出領域１３０において、ＳＯＩ基板の膜厚３〜１０μｍ程度の埋め込み酸化層１１２の上に配置されている。なお、図２は、図１のＡＡ’断面である。図１，２では、シリコン細線コア１０５の側部が露出しているが、シリコン細線コア１０５の側方を埋めるように、例えば酸化シリコンからなるクラッドが形成されていてもよい。
【００２１】
図１に示す光導波路型センサの入射側の光ファイバー２００に光源を接続し、出射側の光ファイバー３００に分光器を接続することで、分光測定のシステムが構成できる。なお、図１では、光の入射端と出射端とを各々設けるようにしているが、これらを同一とした閉回路としてもよい。
【００２２】
また、シリコン細線コア１０５の両端は、先端に行くほど幅が狭くなる先細りの形状（テーパ形状）となり、図１及び，図３の断面図にも示すように、上部及び側部をスポットサイズ変換コア１０３，１０４に覆われ、この領域がモードフィールドサイズ変換領域１２０となる。シリコン細線コア１０５のテーパ形状の部分は、先端部の幅が１００ｎｍ程度である。スポットサイズ変換コア１０３，１０４は、高さ，幅が、光ファイバーコア２０１，３０１の半分程度からほぼ同程度までの寸法となっている。
【００２３】
また、モードフィールドサイズ変換領域１２０は、酸化シリコンからなる上部クラッド層１０７に覆われている。上部クラッド層１０７は、膜厚７〜１５μｍである。また、光ファイバー２００、３００の端部が固定される領域では、図４の断面図に示すように、基板部１１１に設けられたＶ字状の溝１０１，１０２に、例えば紫外線硬化型の接着剤などにより固定されている。なお、図３は、図１のＢＢ’断面を示し、図４は、図１のＣＣ’断面を示している。
【００２４】
モードフィールドサイズ変換領域１２０においては、「シリコン細線コア１０５の屈折率＞スポットサイズ変換コア１０３，１０４の屈折率＞上部クラッド層１０７の屈折率」となっている。このように構成したモードフィールドサイズ変換領域１２０により、光ファイバー２００を導波してきた赤外線などの光を、損失を低減した状態でスポットサイズを変換し、シリコン細線コア１０５の一端に結合させることを可能としている。
【００２５】
例えば、検出領域を通過した光が、シリコン細線コア１０５のテーパ部を光ファイバー３００の方向に伝搬するにつれて、コア幅が徐々に狭まり光の閉じこめが弱くなり、モードフィールドサイズが周囲に広がろうとする。ところが、このとき、埋め込み酸化層１１２より屈折率の高いスポットサイズ変換コア１０４が、シリコン細線コア１０５に隣接して存在するため、光パワーの分布は、シリコン細線コア１０５からスポットサイズ変換コア１０４へ徐々に移っていく。
【００２６】
また、光ファイバー２００より入射した光が、スポットサイズ変換コア１０３に入射すると、入射した光が検出領域１３０の方向へ進行するにつれ、シリコン細線コア１０５のテーパ部を介して、検出領域１３０のシリコン細線コア１０５へ光の分布が移動する。
このように、シリコン細線コア１０５をテーパ部によりスポットサイズ変換コア１０３，１０４に接続することで、効率の高いモードフィールドサイズ変換を実現することができる。
【００２７】
従って、光ファイバー２００，３００を，スポットサイズ変換コア１０３、１０４の端部に接続すれば、検出領域１３０を構成しているシリコン細線コア１０５よりなる光導波路にも、光を効率よく入射することができ、検出領域１３０の光導波路から光ファイバーへ光を効率よく結合させることができる。
なお、下部クラッドとなる埋め込み酸化層１１２の膜厚は、３μｍより薄くてもよいが、基板部１１１側への光の漏洩が増加して光の伝搬損失が大きくなるので、あまり薄くしない方がよい。
【００２８】
上述した構成において、シリコン細線コア１０５よりなる導波路に赤外線などの光を導波させた状態で、検出領域１３０で露出するシリコン細線コア１０５の上面に分析対象の試料が接触していると、シリコン細線コア１０５よりしみ出した光が、試料の特性に応じて吸収されるため、この吸収の強さに応じて導波する光の強度が低下する。従って、例えば、シリコン細線コア１０５から構成されている導波路を導波する光の強度をある波長帯域に対して測定すれば、分析対象の試料による吸収スペクトルが得られる。
【００２９】
上述したように、シリコン細線コア１０５は、断面寸法が５００×１５０ｎｍ程度としてあるので、上記導波路は、波長１．２〜１．７μｍの光がシングルモードで伝搬する。言い換えると、シリコン細線コア１０５は、これより構成される導波路が、シングルモードとなる寸法に形成されていればよい。なお、シリコンコア１０５は、扁平となっていればよく、例えば、幅４００ｎｍ，高さ２００ｎｍであってもよい。また、コアの寸法を幅５００ｎｍ，高さ３００ｎｍなど、より高い（厚い）状態とすることで、波長３μｍまでの光をシングルモードで伝搬することが可能となる。
【００３０】
また、この導波路は、最小曲げ半径が約１００μｍ以下と、非常に小さい曲率で導波方向を変更することが可能である。従って、図１の平面図に示すように、シリコン細線コア１０５を、狭い間隔で往復させて配置させることが可能となり、狭い検出領域１３０内で、試料と接触する領域をより長くすることが可能となる。例えば、図１に示す構成とすることで、長さ１００ｍｍの導波路からなるセンサヘッドを、５ｍｍ角のセンサ領域内に配置することが可能であり、分析対象の試料との接触距離をより長くでき、小型で感度の高いセンサが得られる。
【００３１】
加えて、図１に示す光導波路型センサでは、シリコン細線コア１０５の断面を扁平な形状としたので、次に説明するようにより高感度な分析を可能としている。
シリコン細線コア１０５の断面を高さｈに比較して幅ｗの広い扁平な四角形（ｈ＜ｗ）にすることで、上下方向の光の閉じこめが弱くなり、導波路中を光が進行するときシリコン細線コア１０５の上面にしみ出す光が多くなる。この結果、シリコン細線コア１０５の上面に接する分析対象試料による吸収量をより大きくでき、測定感度を向上させることができる。
【００３２】
図５に、上記光導波路型センサを用いた尿素の分析（検出）例について示す。図５では、幅４００ｎｍ，高さ２００ｎｍのシリコン細線コアからなる光導波路型センサの結果を黒丸で示し、幅５００ｎｍ，高さ１５０ｎｍのシリコン細線コアからなる光導波路型センサの結果を白丸で示す。また、図５では、横軸が、検出領域に付着する尿素の厚みを示す。
【００３３】
図５から明らかなように、付着する尿素の厚みとともに、吸収損失が増加している。吸収損失の増加は、白丸の方が大きい。また、黒丸は、尿素厚が２００ｎｍ程度で損失の増加が飽和し、白丸は、尿素厚が５００ｎｍ程度で損失の増加が飽和している。
この結果は、コアの扁平度の大きい幅５００，高さ１５０ｎｍのシリコン細線コアからなる光導波路型センサの方が、検出領域において、シリコン細線コアを伝搬している光のしみ出す強度や距離がより大きいことを示している。このことからも明らかなように、シリコン細線コアは、シングルモードが得られる範囲内で、より扁平度の大きい方がよいことが判る。
【００３４】
また、上述した結果より、シリコン細線コアを伝搬している光が、シリコン細線コアの上部にしみ出る距離は、数百ｎｍ程度であり、シリコン細線コア１０５の上面に酸化シリコン膜１０６が形成されていても、検出にあまり影響のないことが判る。
図５の結果は、扁平度（ｗ／ｈ）が大きい導波路ほど、コア上部にしみ出す光の量は大きく、センサとしての感度向上が期待できることを示している。
【００３５】
しかしながら、コアの高さｈを小さくして扁平にしすぎると、導波路への光の閉じこめが弱くなり、コアの急峻な曲げができなくなり、センサヘッドを小型にできなくなる。例えば、コアの高さｈが幅ｗの１／５より小さくなると、コアの曲げ半径は１５０μｍ以上が必要となり、コアを狭い間隔でより多く往復させて配置させることが不可能となり、小型化を阻害することになる。従って、コア断面は、高さｈが幅ｗの５分の１より大きい状態（ｗ／５＜ｈ）である方がよい。なお、感度の点では、ｈ＜ｗ／２となっている方がよい。
【００３６】
なお、シリコンは水をはじく性質があるため、測定試料が水を含んでいると、シリコン細線コアに試料が密着しにくくなる。これに対し、シリコン細線コア１０５の表面に酸化シリコン膜１０６を設けることで、水溶性の試料の密着性を向上させることができる。
また、シリコン細線コア１０５から構成されている検出領域１３０に、検出対象の物質を選択的に吸着して濃縮する機能膜を設けることで、上記物質の検出感度をより向上させることが可能である。
【００３７】
次に、上述した光導波路型センサの製造方法について、簡単に説明する。
まず、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用意する。ＳＯＩ基板は、例えば、
膜厚３〜１０μｍ程度の埋め込み酸化層１１２の上に、単結晶シリコンからなるシリコン層１１３を備えたものである。
【００３８】
上述したようなＳＯＩ基板を用意したら、図６（ａ）に示すように、シリコン層１１３の上に酸化シリコン層６０１が形成された状態とする。酸化シリコン層６０１は、例えば、公知のプラズマＣＶＤ法により形成できる。ここで、酸化シリコン層６０１は、以降に示すシリコン層１１３の選択的なエッチング処理において、自信の膜厚が２０ｎｍ程度残る程度の膜厚に形成する。
次に、図６（ｂ）に示すように、公知のリソグラフィ技術により、レジストパターン６０２が形成された状態とする。レジストパターン６０２の形状は、図１に示すシリコン細線コア１０５のパターンと同様の形状としたものである。
【００３９】
次に、レジストパターン６０２をマスクとして酸化シリコン層６０１を選択的にエッチングし、引き続いてレジストパターン６０２を除去することで、図６（ｃ）に示すように、シリコン層１１３の上に酸化シリコンパターン６０３が形成された状態とする。
次に、例えば、ドライエッチング法により酸化シリコンパターン６０３をマスクとしてシリコン層１１３を選択的にエッチングし、図６（ｄ）に示すように、シリコン細線コア１０５と共に酸化シリコン膜１０６が形成された状態とする。シリコン細線コア１０５の形成のためのエッチングにより、酸化シリコンパターン６０３もある程度エッチングされて薄くなり、シリコン細線コア１０５の上面の薄い酸化シリコン膜１０６となる。
【００４０】
次に、例えばＥＣＲプラズマＣＶＤ法によるステンシルマスクを用いた選択的な堆積により、モードフィールドサイズ変換領域１２０におけるシリコン細線コア１０５を覆うシリコン酸窒化膜が形成された状態とする。例えば、ＳｉＨ4，Ｏ2，及びＮ2ガスを用いたＥＣＲプラズマ法により、屈折率が酸化シリコン（１．４５）より大きく窒化シリコン（２．０）より小さい範囲のＳｉＯＮ膜を堆積することができる。また、ＥＣＲプラズマ法によれば、堆積速度が１５０ｎｍ／ｍｉｎ程度と高速であるため、ＳｉＯＮ膜の形成に好適である。ＳｉＯＮ膜を堆積した後、公知のリソグラフィ技術とエッチング技術とにより微細加工し、図６（ｅ）に示すように、スポットサイズ変換コア１０３が形成された状態とする。なお、図示していないが、スポットサイズ変換コア１０４も同時に形成される。
【００４１】
次に、モードフィールドサイズ変換領域１２０において、スポットサイズ変換コア１０３，１０４を覆うように酸化シリコンを選択的に堆積し、図６（ｆ）に示すように、上部クラッド層１０７が形成された状態とする。上部クラッド層１０７となる酸化シリコンの堆積も、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法によるステンシルマスクを用いた選択的な堆積により行う。この後、検出領域１３０及びモードフィールドサイズ変換領域１２０を覆うマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとしたエッチングを行い、モードフィールドサイズ変換領域１２０の垂直な入射端面及び出射端面を形成し、また、ファイバー固定領域の埋め込み酸化層１１３を選択的に除去する。このエッチングでは、例えばリアクティブイオンエッチングなど、垂直異方性を有するドライエッチング技術を用いればよい。
【００４２】
最後に、ファイバー固定領域において、露出している基板部１１１の所定領域に、Ｖ字状の溝１０１，１０２を形成する。これらの溝は、例えば、開口部の間隔を徐々に広げた複数のマスクパターンによる選択的なエッチングを、繰り返すことで形成できる。また、基板部１１１として（１１１）面の単結晶シリコンを用いれば、水酸化カリウムなどのアルカリ溶液によるウエットエッチングで、自動的にＶ字状の溝が形成できる。
【００４３】
上述したように、シリコン層１１３のエッチングマスクに酸化シリコンパターン６０３を用い、エッチング後に２０ｎｍ程度残るように厚みを調整しておくことで、測定対象物質の密着性を向上させるための酸化シリコン膜１０６を、シリコン細線コア１０５と同時に形成でき、効率的である。なお、マスク用の酸化シリコンパターンをエッチング処理の後にフッ酸などで除去し、熱酸化などで新たに酸化シリコン膜をシリコン細線コア１０５の表面に形成してもよい。
【００４４】
また、スポットサイズ変換コア１０３にプラズマＣＶＤ法によるＳｉＯＮを用いることで、添加するＮ2ガスとＯ2ガスの割合を変えるだけで、屈折率を広く変えることができるため、検出領域１３０を構成するコアの材料やモードフィールド変換部の大きさが変わった場合でも、作製方法を変更することなしに対応できる。
なお、ＳＯＩ基板ではなく、アンダークラッドとなる酸化シリコンの上に窒化シリコンを形成した基板を用意すれば、上述と同様の方法で窒化シリコンをコアとする光導波路センサを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態における光導波路型センサの構成例を示す平面図である。
【図２】図１のＡＡ’線の断面を模式的に示す断面図である。
【図３】図１のＢＢ’線の断面を模式的に示す断面図である。
【図４】図１のＣＣ’線の断面を模式的に示す断面図である。
【図５】光導波路型センサを用いた尿素の検出における尿素圧と吸収損失との関係を示す相関図である。
【図６】光導波路型センサの製造方法例を示す工程図である。
【図７】従来よりある平面導波路型センサの構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０１，１０２…溝、１０３，１０４…スポットサイズ変換コア、１０５…シリコン細線コア、１０６…酸化シリコン膜、１０７…上部クラッド層、１１１…基板部、１１２…埋め込み酸化層、１２０…モードフィールドサイズ変換領域、１３０…検出領域、２００，３００…光ファイバー、２０１，３０１…光ファイバーコア。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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